DE102011106026A1 - Method of polishing a chalcidium alloy - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung stellt ein Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren eines Substrats bereit. Die Erfindung umfasst das Bereitstellen eines Substrats, wobei das Substrat eine Chalkogenid-Phasenänderungslegierung umfasst, und das Bereitstellen einer chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung, wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung Wasser, 0,1 bis 30 Gew.-% Schleifmittel, mindestens ein Poliermittel, ausgewählt aus 0,05 bis 5 Gew.-% Halogenverbindung, 0,05 bis 5 Gew.-% Phthalsäure, 0,05 bis 5 Gew.-% Phthalsäureanhydrid und Salzen, Derivaten und Gemischen davon, umfasst, und wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung einen pH-Wert von 2 bis weniger als 7 aufweist. Ein chemisch-mechanisches Polierkissen poliert das Substrat mit dem chemisch-mechanischen Polierkissen und der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung zum selektiven oder nicht-selektiven Entfernen der Chalkogenid-Phasenänderungslegierung von dem Substrat.The invention provides a method for chemical mechanical polishing of a substrate. The invention includes providing a substrate, the substrate comprising a chalcogenide phase change alloy, and providing a chemical mechanical polishing composition, the chemical mechanical polishing composition selecting water, 0.1 to 30% by weight abrasive, at least one polishing agent of 0.05 to 5% by weight of halogen compound, 0.05 to 5% by weight of phthalic acid, 0.05 to 5% by weight of phthalic anhydride and salts, derivatives and mixtures thereof, and wherein the chemical mechanical polishing composition has a pH of 2 to less than 7. A chemical mechanical polishing pad polishes the substrate with the chemical mechanical polishing pad and the chemical mechanical polishing composition to selectively or non-selectively remove the chalcogenide phase change alloy from the substrate.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft chemisch-mechanische Polierzusammensetzungen und Verfahren zu deren Verwendung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung chemisch-mechanische Polierzusammensetzungen zum Polieren eines Substrats, das eine Phasenänderungslegierung (z. B. eine Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung) aufweist.The present invention relates to chemical mechanical polishing compositions and methods of use. More particularly, the present invention relates to chemical mechanical polishing compositions for polishing a substrate having a phase change alloy (eg, a germanium antimony-tellurium phase change alloy).
Phasenänderung-Direktzugriffsspeicher(PRAM)-Vorrichtungen, die Phasenänderungsmaterialien nutzen, bei denen ein Übergang zwischen einem isolierenden, im Allgemeinen amorphen Zustand, und einem leitenden, im Allgemeinen kristallinen Zustand elektrisch hervorgerufen werden kann, sind zu einem führenden Kandidaten für die nächste Generation von Speichervorrichtungen geworden. Diese nächste Generation von PRAM-Vorrichtungen könnte herkömmliche Halbleiterspeichervorrichtungen, wie z. B. dynamische Direktzugriffsspeicher(DRAM)-Vorrichtungen, statische Direktzugriffsspeicher(SRAM)-Vorrichtungen löschbare und programmierbare Festwertspeicher(EPROM)-Vorrichtungen und elektrisch löschbare und programmierbare Festwertspeicher(EEPROM)-Vorrichtungen, bei denen Mikroelektronikschaltungselemente für jedes Speicherbit eingesetzt werden, ersetzen. Diese herkömmlichen Halbleiterspeichervorrichtungen verbrauchen viel Chipraum zum Speichern von Informationen, wodurch die Chipdichte beschränkt ist, und sie können auch nur relativ langsam programmiert werden.Phase change Random Access Memory (PRAM) devices that use phase change materials that can transition electrically between an insulating, generally amorphous state and a conductive, generally crystalline state are becoming a leading candidate for the next generation of memory devices become. This next generation of PRAM devices could be conventional semiconductor memory devices, such as a conventional memory device. Dynamic random access memory (DRAM) devices, static random access memory (SRAM) devices, erasable and programmable read-only memory (EPROM) devices, and electrically erasable and programmable read-only memory (EEPROM) devices using microelectronic circuit elements for each memory bit. These conventional semiconductor memory devices consume a lot of chip space for storing information, thereby limiting the chip density, and they can only be programmed relatively slowly.
Phasenänderungsmaterialien, die in PRAM-Vorrichtungen geeignet sind, umfassen Chalkogenidmaterialien, wie z. B. Germanium-Tellur(Ge-Te)- und Germanium-Antimon-Tellur(Ge-Sb-Te)-Phasenänderungslegierungen. Die Herstellung von PRAM-Vorrichtungen umfasst chemisch-mechanische Polierschritte, in denen Chalkogenid-Phasenänderungsmaterialien selektiv entfernt werden und die Vorrichtungsoberfläche planarisiert wird.Phase change materials that are useful in PRAM devices include chalcogenide materials, such as chalcogenide materials. Germanium-tellurium (Ge-Te) and germanium-antimony-tellurium (Ge-Sb-Te) phase change alloys. The fabrication of PRAM devices involves chemical mechanical polishing steps in which chalcogenide phase change materials are selectively removed and the device surface is planarized.
Ein frühes Beispiel einer selektiven Chalkogenid-Phasenänderungsmaterialaufschlämmung ist im
Es besteht ein Bedarf für chemisch-mechanische Polierzusammensetzungen (CMP-Zusammensetzungen), die eine Chalkogenid-Phasenänderungslegierung zur Herstellung von PRAM-Vorrichtungen selektiv oder nicht-selektiv bezogen auf Siliziumnitrid und Dielektrika entfernen können. Die selektiven Aufschlämmungen müssen akzeptable Phasenänderungslegierung-Entfernungsgeschwindigkeiten mit minimalen Siliziumnitrid- und Dielektrikum-Entfernungsgeschwindigkeiten bereitstellen. Für nicht-selektive Aufschlämmungen muss die Zusammensetzung eine ausgewogene Kombination von Phasenänderungslegierung-Entfernungsgeschwindigkeiten mit Siliziumnitrid- und Dielektrikum-Entfernungsgeschwindigkeiten bereitstellen, die einem bestimmten Integrationsschema genügt.There is a need for chemical mechanical polishing compositions (CMP compositions) that can selectively remove a chalcogenide phase change alloy for production of PRAM devices, or non-selectively based on silicon nitride and dielectrics. The selective slurries must provide acceptable phase change alloy removal rates with minimal silicon nitride and dielectric removal rates. For non-selective slurries, the composition must provide a balanced combination of phase change alloy removal rates with silicon nitride and dielectric removal rates that meet a particular integration scheme.
Angabe der ErfindungIndication of the invention
Ein Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren eines Substrats, umfassend: Bereitstellen eines Substrats, wobei das Substrat eine Chalkogenid-Phasenänderungslegierung umfasst, Bereitstellen einer chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung, wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung Wasser, 0,1 bis 30 Gew.-% Schleifmittel, mindestens ein Poliermittel, ausgewählt aus 0,05 bis 5 Gew.-% Halogenverbindung, 0,05 bis 5 Gew.-% Phthalsäure, 0,05 bis 5 Gew.-% Phthalsäureanhydrid und Salzen, Derivaten und Gemischen davon, umfasst, und wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung einen pH-Wert von 2 bis weniger als 7 aufweist, Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens und Polieren des Substrats mit dem chemisch-mechanischen Polierkissen und der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung zum selektiven oder nicht-selektiven Entfernen der Chalkogenid-Phasenänderungslegierung von dem Substrat.One aspect of the invention includes a method of chemically-mechanically polishing a substrate, comprising: providing a substrate, wherein the substrate comprises a chalcogenide phase change alloy, providing a chemical mechanical polishing composition, wherein the chemical mechanical polishing composition comprises water, 0.1 to 30 % Abrasive, at least one polish selected from 0.05 to 5 weight percent halogen compound, 0.05 to 5 weight percent phthalic acid, 0.05 to 5 weight percent phthalic anhydride and salts, derivatives and mixtures thereof, and wherein the chemical mechanical polishing composition has a pH of from 2 to less than 7, providing a chemical mechanical polishing pad, and polishing the substrate with the chemical mechanical polishing pad and the chemical mechanical polishing composition for selective or non-polishing. selectively removing the chalcogenide phase change alloy from the substrate.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren eines Substrats, umfassend: Bereitstellen eines Substrats, wobei das Substrat eine Chalkogenid-Phasenänderungslegierung umfasst, Bereitstellen einer chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung, wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung Wasser, 0,2 bis 20 Gew.-% Schleifmittel, mindestens ein Poliermittel, ausgewählt aus 0,1 bis 5 Gew.-% Halogenverbindung und 0,1 bis 4 Gew.-% Phthalsäure, 0,1 bis 4 Gew.-% Phthalsäureanhydrid und Salzen, Derivaten und Gemischen davon, umfasst, und wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung einen pH-Wert von 2,5 bis 6 aufweist, Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens und Polieren des Substrats mit dem chemisch-mechanischen Polierkissen und der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung zum selektiven oder nicht-selektiven Entfernen der Chalkogenid-Phasenänderungslegierung von dem Substrat.Another aspect of the invention includes a method of chemically-mechanically polishing a substrate, comprising: providing a substrate, wherein the substrate comprises a chalcogenide phase change alloy, providing a chemical mechanical polishing composition, wherein the chemical mechanical polishing composition comprises water, 0.2 to 20% by weight of abrasive, at least one polish, selected from 0.1 to 5 wt .-% halogen compound and 0.1 to 4 wt .-% phthalic acid, 0.1 to 4 wt .-% phthalic anhydride and salts, derivatives and mixtures thereof, and wherein the chemical-mechanical Polishing composition having a pH of 2.5 to 6, providing a chemical mechanical polishing pad and polishing the substrate with the chemical mechanical polishing pad and the chemical mechanical polishing composition to selectively or non-selectively remove the chalcogenide phase change alloy from the substrate.
Detaillierte BeschreibungDetailed description
Das chemisch-mechanische Polierverfahren der vorliegenden Erfindung ist zum Polieren eines Substrats geeignet, das eine Chalkogenid-Phasenänderungslegierung enthält. Die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendeten chemisch-mechanischen Polierzusammensetzungen stellen hohe Chalkogenid-Phasenänderungslegierung-Entfernungsgeschwindigkeiten mit einer Selektivität oder nicht-Selektivität bezogen auf zusätzliche Materialien auf Substraten bereit, wie z. B. solchen, die in strukturierten Halbleiterwafern enthalten sind.The chemical mechanical polishing method of the present invention is suitable for polishing a substrate containing a chalcogenide phase change alloy. The chemical mechanical polishing compositions used in the process of the present invention provide high chalcogenide phase change alloy removal rates with selectivity or non-selectivity with respect to additional materials on substrates, e.g. For example, those contained in structured semiconductor wafers.
Substrate, die zur Verwendung in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zum chemisch-mechanischen Polieren geeignet sind, umfassen eine Chalkogenid-Phasenänderungslegierung. Vorzugsweise ist die Chalkogenid-Phasenänderungslegierung aus einer Germanium-Tellur-Phasenänderungslegierung und einer Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung ausgewählt. Insbesondere ist die Chalkogenid-Phasenänderungslegierung eine Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung.Substrates suitable for use in the process of the present invention for chemical mechanical polishing include a chalcogenide phase change alloy. Preferably, the chalcogenide phase change alloy is selected from a germanium tellurium phase change alloy and a germanium antimony tellurium phase change alloy. In particular, the chalcogenide phase change alloy is a germanium antimony-tellurium phase change alloy.
Substrate, die zur Verwendung in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zum chemisch-mechanischen Polieren geeignet sind, umfassen gegebenenfalls ferner ein zusätzliches Material, das aus Phosphorsilikatglas (PSG), Borophosphorsilikatglas (BPSG), undotiertem Silikatglas (USG), Span-on-Glas (SOG), einem Dielektrikum, das aus Tetraethylorthosilikat (TEOS), Plasma-unterstütztem TEOS (PETEOS), fließfähigem Oxid (FOx), mittels chemischer Dampfabscheidung mit hochdichtem Plasma (HDP-CVD) erzeugtem Oxid und Siliziumnitrid (z. B. Si3N4) ausgewählt ist. Vorzugsweise umfasst das Substrat ferner ein zusätzliches Material, das aus Si3N4 und TEOS ausgewählt ist.Substrates suitable for use in the method of the present invention for chemical mechanical polishing optionally further comprise an additional material selected from phosphosilicate glass (PSG), borophosphosilicate glass (BPSG), undoped silicate glass (USG), chip-on-glass (PSG). SOG), a dielectric composed of tetraethylorthosilicate (TEOS), plasma assisted TEOS (PETEOS), flowable oxide (FOx), high density chemical vapor deposition (HDP-CVD) vapor vapor, and silicon nitride (e.g., Si 3 N 4 ) is selected. Preferably, the substrate further comprises an additional material selected from Si 3 N 4 and TEOS.
Die Polieraufschlämmung erreicht Geschwindigkeiten für die Chalkogenid-Phasenänderungslegierung mit mindestens einem von einer Halogenverbindung, Phthalsäure und Gemischen davon. Wenn die Halogenverbindung vorliegt, enthält die Aufschlämmung 0,05 bis 5 Gew.-% der Halogenverbindung. Falls spezifisch nichts anderes angegeben ist, sind alle Zusammensetzungsmengen in Gewichtsprozent angegeben. Wenn die Halogenverbindung vorliegt, enthält die Aufschlämmung vorzugsweise 0,1 bis 4 Gew.-% der Halogenverbindung. Wenn die Halogenverbindung vorliegt, enthält die Aufschlämmung vorzugsweise 0,2 bis 3 Gew.-% der Halogenverbindung. Die Halogenverbindung ist vorzugsweise mindestens eine, die aus Bromaten, Chloraten, Iodaten und Gemischen davon ausgewählt ist. Beispiele für Verbindungen umfassen Ammoniumbromat, Kaliumbromat, Ammoniumchlorat, Kaliumchlorat, Ammoniumiodat, Kaliumiodat und Salze, Derivate und Gemische davon. Für die Chalkogenid-Phasenänderungslegierung ist die bevorzugte Verbindung ein Kaliumsalz und das bevorzugte Halogen ist ein Iodat. Alternativ kann die Polieraufschlämmung Phthalsäure, Phthalsäureanhydrid, Salze, Derivate und Gemische davon enthalten, wie z. B. 0,05 bis 5 Gew.-% Phthalsäure oder 0,05 bis 5 Gew.-% Phthalsäureanhydrid. Die Phthalsäure-enthaltenden oder Phthalsäureanhydrid-enthaltenden Aufschlämmungen können frei von Oxidationsmitteln sein. Vorzugsweise enthält die Aufschlämmung, wenn diese vorliegen, 0,1 bis 4 Gew.-% Phthalsäure oder 0,1 bis 4 Gew.-% Phthalsäureanhydrid. Insbesondere enthält die Aufschlämmung, wenn diese(s) vorliegt, 0,2 bis 2 Gew.-% Phthalsäure oder 0,2 bis 2 Gew.-% Phthalsäureanhydrid. In der Praxis ist es möglich, Phthalsäure durch die Zersetzung einer Phthalatverbindung, wie z. B. Kaliumhydrogenphthalat, zuzusetzen. Ein weiteres spezifisches Beispiel einer Phthalsäureverbindung und eines Phthalsäurederivats ist Ammoniumhydrogenphthalat. Die Aufschlämmung enthält in vorteilhafter Weise sowohl die Halogenverbindung als auch Phthalsäure oder Phthalsäureanhydrid.The polishing slurry achieves rates for the chalcogenide phase change alloy with at least one of a halogen compound, phthalic acid, and mixtures thereof. When the halogen compound is present, the slurry contains 0.05 to 5% by weight of the halogen compound. Unless specifically stated otherwise, all composition amounts are given in weight percent. When the halogen compound is present, the slurry preferably contains 0.1 to 4% by weight of the halogen compound. When the halogen compound is present, the slurry preferably contains 0.2 to 3% by weight of the halogen compound. The halogen compound is preferably at least one selected from bromates, chlorates, iodates and mixtures thereof. Examples of compounds include ammonium bromate, potassium bromate, ammonium chlorate, potassium chlorate, ammonium iodate, potassium iodate and salts, derivatives and mixtures thereof. For the chalcogenide phase change alloy, the preferred compound is a potassium salt and the preferred halogen is an iodate. Alternatively, the polishing slurry may contain phthalic acid, phthalic anhydride, salts, derivatives and mixtures thereof, such as e.g. B. 0.05 to 5 wt .-% of phthalic acid or 0.05 to 5 wt .-% phthalic anhydride. The phthalic acid-containing or phthalic anhydride-containing slurries may be free of oxidizing agents. Preferably, when present, the slurry contains 0.1 to 4 weight percent phthalic acid or 0.1 to 4 weight percent phthalic anhydride. In particular, the slurry, if present, contains from 0.2 to 2% by weight of phthalic acid or from 0.2 to 2% by weight of phthalic anhydride. In practice, it is possible, phthalic acid by the decomposition of a phthalate compound, such as. For example, potassium hydrogen phthalate, add. Another specific example of a phthalic acid compound and a phthalic acid derivative is ammonium hydrogen phthalate. The slurry advantageously contains both the halogen compound and phthalic acid or phthalic anhydride.
Schleifmittel, die zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignet sind, umfassen z. B. anorganische Oxide, anorganische Hydroxide, anorganische Hydroxidoxide, Metallboride, Metallcarbide, Metallnitride, Polymerteilchen und Gemische, die mindestens eines der vorstehend genannten Materialien umfassen. Geeignete anorganische Oxide umfassen z. B. Siliziumdioxid (SiO2), Aluminiumoxid (Al2O3), Zirkoniumoxid (ZrO2), Ceroxid (CeO2), Manganoxid (MnO2), Titanoxid (TiO2) oder Kombinationen, die mindestens eines der vorstehend genannten Oxide umfassen. Modifizierte Formen dieser anorganischen Oxide, wie z. B. mit organischem Polymer beschichtete anorganische Oxidteilchen und anorganisch beschichtete Teilchen, können gegebenenfalls auch eingesetzt werden. Geeignete Metallcarbide, -boride und -nitride umfassen z. B. Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, Siliziumcarbonitrid (SiCN), Borcarbid, Wolframcarbid, Zirkoniumcarbid, Aluminiumborid, Tantalcarbid, Titancarbid oder Kombinationen, die mindestens eines der vorstehend genannten Metallcarbide, -boride und -nitride umfassen. Für nicht-selektive Aufschlämmungen oder Aufschlämmungen mit einer niedrigen Selektivität ist das Schleifmittel vorzugsweise ein gefälltes oder agglomeriertes kolloidales Siliziumdioxidschleifmittel. Für selektive Aufschlämmungen ist das Schleifmittel vorzugsweise Aluminiumoxid oder Ceroxid.Abrasives suitable for use with the present invention include e.g. Inorganic oxides, inorganic hydroxides, inorganic hydroxide oxides, metal borides, metal carbides, metal nitrides, polymer particles and mixtures comprising at least one of the aforementioned materials. Suitable inorganic oxides include, for. Silicon dioxide (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), ceria (CeO 2 ), manganese oxide (MnO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), or combinations comprising at least one of the aforementioned oxides , Modified forms of these inorganic oxides, such as. For example, organic polymer-coated inorganic oxide particles and inorganic coated particles may optionally be used. Suitable metal carbides, borides and nitrides include, for. Silicon carbide, silicon nitride, silicon carbonitride (SiCN), boron carbide, tungsten carbide, zirconium carbide, aluminum boride, Tantalum carbide, titanium carbide or combinations comprising at least one of the aforementioned metal carbides, borides and nitrides. For non-selective slurries or low selectivity slurries, the abrasive is preferably a precipitated or agglomerated colloidal silica abrasive. For selective slurries, the abrasive is preferably alumina or ceria.
In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist das Schleifmittel kolloidales Siliziumdioxid mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von ≤ 400 nm. In manchen Aspekten dieser Ausführungsformen weist das kolloidale Siliziumdioxid eine durchschnittliche Teilchengröße von 2 bis 300 nm auf. In manchen Aspekten dieser Ausführungsformen weist das kolloidale Siliziumdioxid eine durchschnittliche Teilchengröße von 5 bis 250 nm auf. In manchen Aspekten dieser Ausführungsformen weist das kolloidale Siliziumdioxid eine durchschnittliche Teilchengröße von 5 bis 100 nm auf. In manchen Aspekten dieser Ausführungsformen weist das kolloidale Siliziumdioxid eine durchschnittliche Teilchengröße von 100 bis 250 nm auf. In anderen Aspekten der Erfindung, die Aluminiumoxid oder Ceroxid enthalten, beträgt die durchschnittliche Teilchengröße 5 bis 500 nm und vorzugsweise 10 bis 300 nm.In some embodiments of the present invention, the abrasive is colloidal silica having an average particle size of ≤ 400 nm. In some aspects of these embodiments, the colloidal silica has an average particle size of 2 to 300 nm. In some aspects of these embodiments, the colloidal silica has an average particle size of 5 to 250 nm. In some aspects of these embodiments, the colloidal silica has an average particle size of 5 to 100 nm. In some aspects of these embodiments, the colloidal silica has an average particle size of 100 to 250 nm. In other aspects of the invention containing alumina or ceria, the average particle size is 5 to 500 nm, and preferably 10 to 300 nm.
In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung enthält die verwendete chemisch-mechanische Polierzusammensetzung 0,1 bis 30 Gew.-% Schleifmittel. Vorzugsweise enthält die Zusammensetzung 0,2 bis 20 Gew.-% Schleifmittel. Insbesondere enthält die Zusammensetzung 0,5 bis 10 Gew.-% Schleifmittel.In some embodiments of the present invention, the chemical mechanical polishing composition used contains from 0.1% to 30% by weight abrasive. Preferably, the composition contains from 0.2% to 20% by weight of abrasive. In particular, the composition contains 0.5 to 10% by weight of abrasive.
Das Wasser, das in der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung enthalten ist, die in dem chemisch-mechanischen Polierverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist vorzugsweise mindestens eines von entionisiert und destilliert, um zufällige Verunreinigungen zu beschränken. Typische Formulierungen enthalten als Rest Wasser.The water contained in the chemical mechanical polishing composition used in the chemical mechanical polishing process of the present invention is preferably at least one of deionized and distilled to limit incidental impurities. Typical formulations contain water as the remainder.
Die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung, die in dem chemisch-mechanischen Polierverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, enthält ferner gegebenenfalls zusätzliche Zusätze, die aus pH-Titrationsmitteln, Dispergiermitteln, grenzflächenaktiven Mitteln, Puffern und Bioziden ausgewählt sind.The chemical mechanical polishing composition used in the chemical mechanical polishing method of the present invention further optionally contains additional additives selected from pH titrators, dispersants, surfactants, buffers, and biocides.
Die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung, die in dem chemisch-mechanischen Polierverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist über einem pH-Wert von 2 bis < 7 wirksam. Vorzugsweise beträgt der pH-Wert 2,5 bis 6 und insbesondere beträgt der pH-Wert 3 bis 5. Säuren, die zum Einstellen des pH-Werts der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung geeignet sind, umfassen z. B. Salpetersäure, Schwefelsäure und Chlorwasserstoffsäure. Vorzugsweise ist des pH-Einstellmittel Chlorwasserstoffsäure. Geeignete Basen für die pH-Einstellung umfassen Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid, Ammoniak, Tetramethylammoniumhydroxid und -hydrogencarbonat.The chemical mechanical polishing composition used in the chemical mechanical polishing method of the present invention is effective over a pH of 2 to <7. Preferably, the pH is from 2.5 to 6, and more preferably, the pH is from 3 to 5. Acids suitable for adjusting the pH of the chemical mechanical polishing composition include, for example: For example, nitric acid, sulfuric acid and hydrochloric acid. Preferably, the pH adjusting agent is hydrochloric acid. Suitable bases for pH adjustment include potassium hydroxide, sodium hydroxide, ammonia, tetramethylammonium hydroxide and bicarbonate.
In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Chalkogenid-Phasenänderungslegierung eine Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung, das Schleifmittel ist Aluminiumoxid oder Ceroxid und das Substrat umfasst ferner Si3N4. In diesen Ausführungsformen weist die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung eine Entfernungsgeschwindigkeit der Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung auf, die deren Si3N4-Entfernungsgeschwindigkeit übersteigt. Beispielsweise weist die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung in diesen selektiven Ausführungsformen eine Selektivität der Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung-zu-Si3N4-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 10:1 auf. Vorzugsweise weist die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung eine Selektivität der Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung-zu-Si3N4-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 15:1 auf. Insbesondere weist die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung eine Selektivität der Germanium-Antimon-Teller-Phasenänderungslegierung-zu-Si3N4-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 20:1 auf.In some embodiments of the present invention, the chalcogenide phase change alloy is a germanium antimony-tellurium phase change alloy, the abrasive is alumina or ceria, and the substrate further comprises Si 3 N 4 . In these embodiments, the chemical mechanical polishing composition has a germanium antimony-tellurium phase change alloy removal rate that exceeds its Si 3 N 4 removal rate. For example, in these selective embodiments, the chemical mechanical polishing composition has a selectivity of germanium-antimony-tellurium phase change alloy-to-Si 3 N 4 removal rate of ≥ 10: 1. Preferably, the chemical mechanical polishing composition has a selectivity of germanium-antimony-tellurium phase change alloy to Si 3 N 4 removal rate of ≥ 15: 1. In particular, the chemical mechanical polishing composition has a selectivity of germanium-antimony-plate phase change alloy to Si 3 N 4 removal rate of ≥ 20: 1.
In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Chalkogenid-Phasenänderungslegierung eine Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung, das Schleifmittel ist Aluminiumoxid oder Ceroxid und das Substrat umfasst ferner TEOS. In diesen Ausführungsformen weist die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung eine Entfernungsgeschwindigkeit der Germanium-Antimon-Teller-Phasenänderungslegierung auf, die deren TEOS-Entfernungsgeschwindigkeit übersteigt. Beispielsweise weist die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung in diesen selektiven Ausführungsformen eine Selektivität der Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung-zu-TEOS-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 10:1 auf. Vorzugsweise weist die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung eine Selektivität der Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung-zu-TEOS-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 15:1 auf. Insbesondere weist die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung eine Selektivitat der Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung-zu-TEOS-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 20:1 auf. In some embodiments of the present invention, the chalcogenide phase change alloy is a germanium antimony-tellurium phase change alloy, the abrasive is alumina or ceria and the substrate further comprises TEOS. In these embodiments, the chemical mechanical polishing composition has a germanium antimony plate phase change alloy removal rate that exceeds its TEOS removal rate. For example, in these selective embodiments, the chemical mechanical polishing composition has a selectivity of germanium-antimony-tellurium phase change alloy to TEOS removal rate of ≥ 10: 1. Preferably, the chemical mechanical polishing composition has a selectivity of germanium-antimony-tellurium phase change alloy to TEOS removal rate of ≥ 15: 1. In particular, the chemical mechanical polishing composition has a selectivity of germanium-antimony-tellurium phase change alloy to TEOS removal rate of ≥ 20: 1.
In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Chalkogenid-Phasenänderungslegierung eine Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung, das Schleifmittel ist kolloidales Siliziumdioxid und das Substrat umfasst ferner Si3N4. In diesen Ausführungsformen weist die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung eine Entfernungsgeschwindigkeit der Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung auf, die deren Si3N4-Entfernungsgeschwindigkeit übersteigt oder nicht. Beispielsweise weist die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung in diesen nicht-selektiven Ausführungsformen eine Selektivität der Germanium-Antimon-Teller-Phasenänderungslegierung-zu-Si3N4-Entfernungsgeschwindigkeit von 0,1:1 bis 10:1 auf. Vorzugsweise weist die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung eine Selektivität der Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung-zu-Si3N4-Entfernungsgeschwindigkeit von 0,2:1 bis 5:1 auf. Insbesondere weist die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung eine Selektivität der Germanium-Antimon-Teller-Phasenänderungslegierung-zu-Si3N4-Entfernungsgeschwindigkeit von 0,3:1 bis 3:1 auf.In some embodiments of the present invention, the chalcogenide phase change alloy is a germanium antimony-tellurium phase change alloy, the abrasive is colloidal silica and the substrate further comprises Si 3 N 4 . In these embodiments, the chemical mechanical polishing composition has a germanium antimony tellurium phase change alloy removal rate that exceeds or does not exceed its Si 3 N 4 removal rate. For example, in these non-selective embodiments, the chemical mechanical polishing composition has germanium-antimony-plate phase change alloy-to-Si 3 N 4 removal rate selectivity of 0.1: 1 to 10: 1. Preferably, the chemical mechanical polishing composition has a selectivity of germanium-antimony-tellurium phase change alloy to Si 3 N 4 removal rate of 0.2: 1 to 5: 1. In particular, the chemical mechanical polishing composition has a germanium-antimony-plate-phase change alloy-to-Si 3 N 4 removal rate selectivity of 0.3: 1 to 3: 1.
In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Chalkogenid-Phasenänderungslegierung eine Germanium-Antimon-Teller-Phasenänderungslegierung, das Schleifmittel ist kolloidales Siliziumdioxid und das Substrat umfasst ferner TEOS. In diesen Ausführungsformen weist die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung eine Entfernungsgeschwindigkeit der Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung auf, die deren TEOS-Entfernungsgeschwindigkeit übersteigt oder nicht. Beispielsweise weist die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung in diesen nicht-selektiven Ausführungsformen eine Selektivität der Germanium-Antimon-Teller-Phasenänderungslegierung-zu-TEOS-Entfernungsgeschwindigkeit von 0,1:1 bis 10:1 auf. Vorzugsweise weist die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung eine Selektivität der Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung-zu-TEOS-Entfernungsgeschwindigkeit von 0,2:1 bis 5:1 auf. Insbesondere weist die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung eine Selektivität der Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung-zu-TEOS-Entfernungsgeschwindigkeit von 0,3:1 bis 3:1 auf.In some embodiments of the present invention, the chalcogenide phase change alloy is a germanium antimony plate phase change alloy, the abrasive is colloidal silica and the substrate further comprises TEOS. In these embodiments, the chemical mechanical polishing composition has a germanium antimony tellurium phase change alloy removal rate that exceeds or does not exceed its TEOS removal rate. For example, in these non-selective embodiments, the chemical mechanical polishing composition has germanium-antimony plate phase change alloy to TEOS removal rate selectivity of 0.1: 1 to 10: 1. Preferably, the chemical mechanical polishing composition has a selectivity of germanium antimony-tellurium phase change alloy to TEOS removal rate of 0.2: 1 to 5: 1. In particular, the chemical mechanical polishing composition has a germanium-antimony-tellurium phase change alloy to TEOS removal rate selectivity of 0.3: 1 to 3: 1.
In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Chalkogenid-Phasenänderungslegierung eine Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung, das Schleifmittel ist kolloidales Siliziumdioxid und die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung weist eine Entfernungsgeschwindigkeit der Germanium-Antimon-Tellur-Phasenänderungslegierung von ≥ 400 Å/min, vorzugsweise von ≥ 500 Å/min, insbesondere von ≥ 1000 Å/min bei einer Plattendrehzahl von 93 U/min, einer Trägerdrehzahl von 87 U/min, einer Flussrate der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung von 200 ml/min und einer Nennandruckkraft von 2,5 psi (17,2 kPa) auf einem 200 mm-Poliergerät (z. B. einem Mirra 200 mm-Poliergerät von Applied Materials) auf, wobei das chemisch-mechanische Polierkissen eine Polyurethan-Polierschicht, die polymere Mikroteilchen mit hohlem Kern enthält, und ein Polyurethan-imprägniertes Vliesunterkissen umfasst.In some embodiments of the present invention, the chalcogenide phase change alloy is a germanium antimony tellurium phase change alloy, the abrasive is colloidal silica, and the chemical mechanical polishing composition has a germanium antimony tellurium phase change alloy removal rate of ≥400 Å / min, preferably ≥ 500 Å / min, more preferably ≥ 1000 Å / min at a plate speed of 93 rpm, a carrier speed of 87 rpm, a flow rate of the chemical mechanical polishing composition of 200 ml / min and a nominal compression force of 2.5 psi (17.2 kPa) on a 200 mm polisher (e.g., a Mirra 200 mm Polisher from Applied Materials), the chemical mechanical polishing pad comprising a polyurethane polishing layer containing hollow core polymeric microparticles, and a polyurethane-impregnated nonwoven pad.
Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend in den folgenden Beispielen detailliert beschrieben.Some embodiments of the present invention are described in detail below in the following examples.
BeispieleExamples
Chemisch-mechanische PolierzusammensetzungenChemical-mechanical polishing compositions
Die getesteten chemisch-mechanischen Polieraufschlämmungszusammensetzungen sind in der Tabelle 1 beschrieben. Die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung A ist eine Vergleichsformulierung, die nicht im Schutzbereich der beanspruchten Erfindung liegt.The chemical mechanical polishing slurry compositions tested are described in Table 1. The chemical mechanical polishing composition A is a comparative formulation not within the scope of the claimed invention.
Beispiel 1example 1
Tabelle 1
Alle Formulierungen enthielten als Rest entionisiertes Wasser und HCl oder KOH wurde zur pH-Einstellung verwendet.
* Kolloidales Siliziumdioxid war Klebosol® II 1501-50, das von AZ Electronic Materials hergestellt worden ist und eine durchschnittliche Teilchengröße von 50 nm aufweist.
** Aluminiumoxid war polykristallines A9225-Aluminiumoxid, das von Saint-Gobain Inc. hergestellt worden ist und eine durchschnittliche Teilchengröße von 230 nm aufweist.
*** Das verwendete Ceroxid war NanoTek SG-3, das von Nanophase Technologies Corporation hergestellt worden ist und eine durchschnittliche Teilchengröße von 130 nm aufweist.All formulations contained residual deionized water and HCl or KOH was used for pH adjustment.
* Colloidal silica was Klebosol ® II 1501-50, which has been manufactured by AZ Electronic Materials and having an average particle size of 50 nm.
** Alumina was polycrystalline A9225 alumina manufactured by Saint-Gobain Inc. and having an average particle size of 230 nm.
The ceria used was NanoTek SG-3 manufactured by Nanophase Technologies Corporation and having an average particle size of 130 nm.
Poliertestspolishing tests
Die in der Tabelle 1 beschriebenen chemisch-mechanischen Polierzusammensetzungen wurden unter Verwendung eines Mirra 200 mm-Poliergeräts von Applied Materials, Inc., das mit einem ISRM-Detektorsystem ausgestattet war, unter Verwendung eines IC1010TM-Palyurethanpolierkissens (von Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc. erhältlich) bei einer Andruckkraft von 2,5 psi (17,2 kPa), einer Flussrate der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung von 200 ml/min, einer Plattendrehzahl von 93 U/min und einer Trägerdrehzahl von 87 U/min getestet. Unstrukturierte Germanium-Antimon-Tellur(GST)-Wafer von SKW Associates Inc. wurden unter den angegebenen Bedingungen poliert. Die GST-Entfernungsgeschwindigkeitsdaten, die in der Tabelle 2 angegeben sind, wurden durch eine Gewichtsverlustmessung und auch durch eine XRR-Messung mit einem Jordan Valley JVX 5200T-Messwerkzeug bestimmt. Unstrukturierte Si3N4- und TEOS-Wafer von ATDF wurden unter den angegebenen Bedingungen poliert. Die Si3N4- und TEOS-Entfernungsgeschwindigkeiten, die in der Tabelle 2 angegeben sind, wurden mit einem FX200-Dickenmesssystem von KLA-Tencor gemessen.The chemical mechanical polishing compositions described in Table 1 were measured using a Mirra 200 mm Polisher from Applied Materials, Inc. equipped with an ISRM detector system using an IC1010 ™ polyurethane urethane polishing pad (from Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.) at a pressing force of 2.5 psi (17.2 kPa), a flow rate of the chemical mechanical polishing composition of 200 ml / min, a plate speed of 93 rpm and a carrier speed of 87 rpm. Unstructured germanium antimony tellurium (GST) wafers from SKW Associates Inc. were polished under the specified conditions. The GST removal rate data given in Table 2 was determined by weight loss measurement and also by XRR measurement with a Jordan Valley JVX 5200T measurement tool. Unstructured ATF Si 3 N 4 and TEOS wafers were polished under the conditions indicated. The Si 3 N 4 and TEOS removal rates reported in Table 2 were measured with a KLA-Tencor FX200 Thickness Gauge System.
Die Ergebnisse der Poliertests sind in der Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2
Obwohl die Vergleichsaufschlämmung A akzeptable Entfernungsgeschwindigkeiten für die Chalkogenid-Phasenänderungslegierung bereitstellte, stellt sie kein geeignetes Polieren für strukturierte Halbleiterwafer bereit. Die Aufschlämmungen der Erfindung stellen entweder selektive oder nicht-selektive Optionen für die Chalkogenid-Phasenänderungslegierung bereit, die für strukturierte Wafer geeignet sind. Insbesondere stellten die Aufschlämmungen 1 bis 5, die kolloidales Siliziumdioxid enthalten, nicht-selektive Aufschlämmungen bereit, die einen Bereich von Ge-Sb-Te-zu-Si3N4-Selektivitäten von etwa 0,7:1 bis 3,6:1 und von Ge-Sb-Te-zu-TEOS-Selektivitäten von etwa 1:1 bis 3,1:1 aufwiesen. Darüber hinaus stellte die Aluminiumoxid-enthaltende Aufschlämmung eine Ge-Sb-Te-zu-Si3N4-Selektivität von etwa 80:1 und eine Ge-Sb-Te-zu-TEOS-Selektivität von etwa 38:1 bereit. Entsprechend stellte die Ceroxid-enthaltende Aufschlämmung eine Ge-Sb-Te-zu-Si3N4-Selektivität von etwa 48:1 und eine Ge-Sb-Te-zu-TEOS-Selektivität von etwa 26:1 bereit.Although Comparative Slurry A provided acceptable removal rates for the chalcogenide phase change alloy, it does not provide suitable polishing for patterned semiconductor wafers. The slurries of the invention provide either selective or non-selective options for the chalcogenide phase change alloy suitable for patterned wafers. In particular, slurries 1 to 5, which contain colloidal silica, provided nonselective slurries having a range of Ge-Sb-Te to Si 3 N 4 selectivities of about 0.7: 1 to 3.6: 1 and Ge-Sb Te to TEOS selectivities of about 1: 1 to 3.1: 1. In addition, the alumina-containing Slurry provides a Ge-Sb-Te-to-Si 3 N 4 selectivity of about 80: 1 and a Ge-Sb-Te to TEOS selectivity of about 38: 1. Accordingly, the ceria-containing slurry provided a Ge-Sb-Te to Si 3 N 4 selectivity of about 48: 1 and a Ge-Sb-Te to TEOS selectivity of about 26: 1.
Beispiel 2Example 2
Tabelle 3
Alle Formulierungen enthielten als Rest entionisiertes Wasser und HCl oder KOH wurde zur pH-Einstellung auf 4 verwendet.
1 Aluminiumoxid war polykristallines A9225-Aluminiumoxid, das von Saint-Gobain Inc. hergestellt worden ist und eine durchschnittliche Größe von 230 nm aufweist.
2 Kolloidales Siliziumdioxid war Klebosol® 1686, das von AZ Electronic Materials hergestellt worden ist und eine durchschnittliche Teilchengröße von 172 nm aufweist.
3 Kolloidales Siliziumdioxid war FUSO PL-2, das von Fuso Chemical Corporation hergestellt worden ist und eine durchschnittliche Primärgröße von 24 nm und eine durchschnittliche Sekundärgröße von 48 nm aufweist.
4 Kolloidales Siliziumdioxid war FUSO PL-3, das von Fuso Chemical Corporation hergestellt worden ist und eine durchschnittliche Primärgröße von 35 nm und eine durchschnittliche Sekundärgröße von 70 nm aufweist.
5 Kolloidales Siliziumdioxid war FUSO PL-7, das von Fuso Chemical Corporation hergestellt worden ist und eine durchschnittliche Primärgröße von 75 nm und eine durchschnittliche Sekundärgröße von 125 nm aufweist.All formulations contained deionized water as the remainder and HCl or KOH was used to adjust the pH to 4.
1 alumina was polycrystalline A9225 alumina manufactured by Saint-Gobain Inc. and having an average size of 230 nm.
2 Colloidal silica was Klebosol ® 1686, which has been manufactured by AZ Electronic Materials and having an average particle size of 172 nm.
3 Colloidal silica was FUSO PL-2, manufactured by Fuso Chemical Corporation, having an average primary size of 24 nm and an average secondary size of 48 nm.
4 Colloidal silica was FUSO PL-3, manufactured by Fuso Chemical Corporation, having an average primary size of 35 nm and an average secondary size of 70 nm.
5 Colloidal silica was FUSO PL-7, manufactured by Fuso Chemical Corporation, having an average primary size of 75 nm and an average secondary size of 125 nm.
Die Polierergebnisse für die Aufschlämmungen von Tabelle 3 sind nachstehend in der Tabelle 4 angegeben. Tabelle 4
Die vorstehenden Daten zeigen, dass die Polierformulierung der Erfindung mit verschieden großen Teilchen wirksam ist. Darüber hinaus stellte die Formulierung nicht-selektive Ergebnisse für herkömmliches kolloidales Siliziumdioxid, das aus anorganischen Silikaten hergestellt ist, und drei Größen von Kokon-förmigem kolloidalen Siliziumdioxid bereit. Das Kokon-förmige kolloidale Siliziumdioxid enthielt zwei Primärteilchen, die zu einem einzelnen Sekundärteilchen verbunden sind, das aus organischen Verbindungen synthetisiert worden ist, und ist von Fuso Chemical Corporation hergestellt worden.The above data shows that the polishing formulation of the invention is effective with different sized particles. In addition, the formulation provided non-selective results for conventional colloidal silica made from inorganic silicates and three sizes of cocooned colloidal silica. The cocoon-shaped colloidal silica contained two primary particles joined to a single secondary particle synthesized from organic compounds, and was manufactured by Fuso Chemical Corporation.
Mit den vorstehend genannten Formulierungen ist es möglich, Chalkogenid-Phasenänderungslegierung-Polieraufschlämmungen bereitzustellen, die zu verschiedenen Integrationsschemata passen. Beispielsweise ist es möglich, selektive oder nicht-selektive Formulierungen bereitzustellen, die Chalkogenid-Phasenänderungslegierungen in einem einzigen Schritt polieren. Alternativ ist es möglich, Chalkogenid-Phasenänderungslegierung-Polieraufschlämmungen bereitzustellen, die in zwei Schritten polieren. Beispielsweise könnten manche Integrationsschemata eine erste selektive Aufschlämmung nutzen, um die Chalkogenid-Phasenänderungslegierung zu entfernen und auf dem Dielektrikum, wie z. B. TEOS, zu stoppen. Für diese Integrationsschemata schließt dann eine ausgewogene oder nicht-selektive Aufschlämmung das Polieren durch Entfernen der Chalkogenid-Phasenänderungslegierung und der Dielektrikumschichten ab.With the above formulations, it is possible to provide chalcogenide phase change alloy polishing slurries that fit various integration schemes. For example, it is possible to provide selective or non-selective formulations that polish chalcogenide phase change alloys in a single step. Alternatively, it is possible to provide chalcogenide phase change alloy polishing slurries which polish in two steps. For example, some integration schemes could use a first selective slurry to remove the chalcogenide phase change alloy and deposit it on the dielectric, such as a metal substrate. B. TEOS, to stop. For these integration schemes, a balanced or non-selective slurry then completes the polishing by removing the chalcogenide phase change alloy and the dielectric layers.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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